초록 ▼

연구개요
본 연구는 Standard CMOS 공정을 이용한 압력, 가속도, 습도 transducer의 구현하고, 구현된 센싱 transducer에 최적화된 에너지 효율적이며 고해상도를 갖는 capacitance-to- digital converter (CDC)의 설계를 설계하는 것을 목표로 한다. 위 목표를 통하여 기존 MEMS기반의 센서에 비해 집적도와 가격 면에서 훨씬 뛰어난 센서 시스템을 구현하며 최상위 학회 및 학술지에 논문을 게제하는 것을 구체적인 목표로 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구를 통해

연구개요
본 연구는 Standard CMOS 공정을 이용한 압력, 가속도, 습도 transducer의 구현하고, 구현된 센싱 transducer에 최적화된 에너지 효율적이며 고해상도를 갖는 capacitance-to- digital converter (CDC)의 설계를 설계하는 것을 목표로 한다. 위 목표를 통하여 기존 MEMS기반의 센서에 비해 집적도와 가격 면에서 훨씬 뛰어난 센서 시스템을 구현하며 최상위 학회 및 학술지에 논문을 게제하는 것을 구체적인 목표로 한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구를 통해 압력, 습도, 가속도 센서를 구현하였다. 먼저 압력 센서는 CMOS 공정의 최상단 금속을 comb-structure로 만들어 센싱 캐패시터를 제작. pad-open layer를 이용하여 passivation을 제거한 뒤 외부에 노출하였다. 결과적으로 기압에 따라 하여 공기의 유전율이 변하는 특성을 이용해 압력 센싱 tranducer 구현하였다.
다음으로 습도 센서를 구현하기 위해 습도에 따라 내부 팽창으로 인한 유전율 변화의 특성이 있는 폴리이미드(Polyimide)를 사용하였다. 최상단 금속을 이용해 comb-structure로 만들어 제작. pad-open layer를 이용하여 passivation을 제거한 뒤 표준 공정에서 제공하는 포를 덮어 폴리이미드의 유전율이 변하는 특성을 이용해 구현하였다. 가속도 센서를 구현하기 위해 표준 집적회로에서 칩과 패키징을 연결할 때, 주로 사용되는 세개의 본드와이어를 사용하였고, 거리 변화를 최대화하도록 설계하였다. 또한 설계한 센싱 커패시턴스를 판독하기 위해 이중 양자화 기반 커패시턴스-디지털 변환기를 구현하였다. 이는 단일 비트 1차 델타시그마 변조기와 다중 비트 양자화기를 합쳐진 형태를 가짐 (1-0 MASH). 이 구조는 단일비트 양자화기에 의해 선형성이 보장되며 다중 비트 디지털-아날로그 변환기를 사용하지 않고 양자화 잡음을 줄일 수 있기 때문에 디자인이 훨씬 간단해 진다는 장점이 있다.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
구현한 SoC는 기존 MEMS 기반 센서에 비해 집적도와 가격면에서 훨씬 뛰어날 것으로 기대된다. 본 연구에서 제작한 Prototype IC를 예로 들면, 압력, 습도, 가속도 센서 중 하나를 아날로그 멀티플렉서를 이용해 선택. 그 후 기준 커패시턴스를 선택된 센서의 공칭 (nominal) 커패시턴스 동일한 값으로 SPI (serial peripheral interface) 통신을 통해 설정하여 단일 칩으로 위의 3가지 물리량을 측정할 수 있다.
또한 설계한 센서들은 압력 센서는 타이어 압력 모니터 시스템에 적용할 수 있는 수치이며, 습도 센서의 목표는 최신 기술과 유사함. 또한 가속도 센서는 널리 사용되는 저전력, 저비용의 상용 센서들의 성능과 같아 실제 생활에서 응용이 가능한 수준의 성능을 갖는다.

(출처 : 요약문 2p)